Phân tích ứng suất nhiệt của các vết nứt quanh các mối nối của tường bên của kênh mở bê tông cốt thép đúc tại chỗ

Paddy and Water Environment - Trang 1-19 - 2024
Haruka Ikadatsu1, Hidehiko Ogata1, Masahiro Hyodo2, Akio Ishigami3
1The United Graduate School of Agricultural Sciences, Tottori University, Tottori City, Japan
2Department of Agriculture, Tottori University, Tottori City, Japan
3Civil Engineering Research Institute for Cold Region, Sapporo, Japan

Tóm tắt

Các vết nứt mối nối là loại vết nứt đặc trưng xuất hiện ở các tường bên của các kênh mở bê tông cốt thép đúc tại chỗ. Trong nghiên cứu này, phân tích ứng suất nhiệt đã được thực hiện để phân tích nguyên nhân và thời điểm xuất hiện của các vết nứt mối nối trên tường bên của các kênh như vậy. Sự phân bố của ứng suất chính tối đa chỉ ra rằng các khoảng đã được đổ trước đó làm kìm hãm các khoảng đã được đổ sau, làm tăng nguy cơ tạo ra vết nứt mối nối. Điều này gợi ý rằng các thanh chống nước được chôn giữa các khoảng đã đổ trước đó kìm hãm sự biến dạng của các khoảng đã đổ sau do sự khác biệt về độ bền do độ tuổi của vật liệu. Ngoài ra, nguy cơ tạo ra vết nứt mối nối tăng lên khi khoảng thời gian đổ bê tông tăng. Các ứng suất chính tối đa vượt quá độ bền kéo của bê tông xung quanh các đoạn mối nối cho cả mùa hè và mùa đông thi công. Do đó, các vết nứt mối nối có thể xuất hiện ở cả độ tuổi vật liệu sớm và lâu dài, bất kể mùa xây dựng. Để có được một phân tích ứng suất nhiệt thực tế hơn, các mô hình nhiệt độ bên ngoài mô phỏng các đặc điểm của dữ liệu nhiệt độ tại Nhật Bản đã được đề xuất, và các mô hình này đã đưa ra kết quả phân tích phù hợp.

Từ khóa

#ứng suất nhiệt #vết nứt mối nối #vật liệu bê tông cốt thép #kênh mở #phân tích ứng suất

Tài liệu tham khảo

Al-Khaiat H, Fattuhi N (2001) Long-term strength development of concrete in arid conditions. Cem Concr Compos 23(4–5):363–373. https://doi.org/10.1016/S0958-9465(01)00004-X Al-Gburi M, Jonasson JE, Nilsson M (2022) Reducing thermal crack risks caused by restraint in young concrete - A case study on walls of water tanks. Nordic Concr Res 66(1):41–54. https://doi.org/10.2478/ncr-2022-0001 Aono Y, Matsusita F, Shibata S, Hama Y (2006) Study on frost resistance and its degradation mechanism of concrete subjected to drying and wetting cycles. J Struct Constr Eng 607:15–22. https://doi.org/10.3130/aijs.71.15_4. (in Japanese) Bernander S (1998) Practical measurement to avoiding early age thermal cracking in concrete structures. In: Springenschmid R (ed) Prevention of thermal cracking in concrete at early ages, 1st. E & FNSpon, London, pp 255–315 Design Division, Rural Infrastructure Department, Rural Development Bureau Ministry of Agriculture, Forestry and Fisheries (2017) Land improvement project planning and design standards and operation and commentary: design "Channel Works" standards, operation of the standards, and commentary on the standards and operation, The Japanese Society of Irrigation, Drainage and Rural Engineering, Japan, p 69 (in Japanese) Facilities Management Office, Water Resources Division, Rural Infrastructure Department, Rural Development Bureau Ministry of Agriculture, Forestry and Fisheries (2016) Guidelines for functional maintenance of agricultural water irrigation facilities "Open Channels". https://www.maff.go.jp/j/nousin/mizu/sutomane/attach/pdf/kinouhozen-20.pdf Accessed 19 June 2023 (in Japanese) Guzmán S, Gálvez CJ, Sancho MJ (2011) Cover cracking of reinforced concrete due to rebar corrosion induced by chloride penetration. Cem Concr Res 41(8):893–902. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2011.04.008 Hai-Long W, Jian-Guo D, Xiao-Yan S, Xiao-Long Z (2016) Characteristics of concrete cracks and their influence on chloride penetration. Constr Build Mater 107(15):216–225. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.01.002 Ishii M, Sato S, Ogata H, Nonaka T (2007) Relationship between crack width and reinforcement corrosion in cast-in-place RC open channels. Trans JSIDRE 247:73–82. https://doi.org/10.11408/jsidre1965.2007.73. (in Japanese) Japan Meteorological Agency (2023) Japan Meteorological Agency Website https://www.data.jma.go.jp/gmd/risk/obsdl/index.php Accessed 24 Apr 2023 Japan Society of Civil Engineers (2008) Standard specifications for concrete structures -2007 “Design”. Maruzen Publishing, Tokyo, Japan, pp 45–46, 341–343 (in Japanese) Japan Society of Civil Engineers (2018a) Standard specifications for concrete structures -2017 “Materials and Construction”. Maruzen Publishing, Tokyo, Japan, pp 43–44, 83, 125, 167 (in Japanese) Japan Society of Civil Engineers (2018b) Standard specifications for concrete structures -2017 “Design”. Maruzen Publishing, Tokyo, Japan, pp 43–44, 332–336 (in Japanese) Linmei W, Nima F, Caijun S, Zuhua Z, Hao W (2017) Autogenous shrinkage of high performance concrete: a review. Constr Build Mater 149(15):62–75. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.05.064 Liu Y, Schindler AK, Davidson JS (2018) Finite-element modeling and analysis of early-age cracking risk of cast-in-place concrete culverts. Transp Res Rec. https://doi.org/10.1177/0361198118774157 Mahboub KC, Cutshaw QA (2001) Effects of fresh concrete temperature and mixing time an compressive strength of concrete. ACI Mater J 98(1):59–62 Matiašková L, Bilčík J, Šoltész J (2018) Control of early-age cracking in watertight concrete structures. Slovak J Civ Eng 26(3):16–21. https://doi.org/10.2478/sjce-2018-0016 Miki T, Tsukahara H (2016) Crack propagation in ASR damaged concrete detected by image analysis. In: 9th international conference on fracture mechanics of concrete and concrete structure, pp 1–7. https://doi.org/10.21012/FC9.280 Minton LW (2012) Mitigation of cracking in cast-in-place reinforced concrete box culverts in Alabama. Master’s Dissertation, Auburn University Nakamura A, Kunichika M, Kawamura K, Nakamura H (2016) A study on modeling of climate conditions for durability evaluation of concrete structures. J Jpn Soc Civ Eng Ser E2 Mater Concr Struct 72(3):288–303. https://doi.org/10.2208/jscejmcs.72.288. (in Japanese) Ogata H, Nonaka T, Hattori K (2000) Examination of analytical condition in generative prediction for thermal crack of RC box culvert. Trans JSIDRE 208:497–506. https://doi.org/10.11408/jsidre1965.2000.497. (in Japanese) Ogata H, Nonaka T, Hattori K (2001) Proposal of the equation to presume drying shrinkage strain using for the early age crack analysis in the concrete structure with long one direction. Trans JSIDRE 214:447–457. https://doi.org/10.11408/jsidre1965.2001.447. (in Japanese) Ogata H, Hattori K, Nonaka T, Natsuka I, Aoyama S (2004) Examination of thermal stress analysis in concrete gravity dam by block layer construction method. Trans JSIDRE 232:419–425. https://doi.org/10.11408/jsidre1965.2004.419. (in Japanese) Ogata H, Takada R, Nonaka T, Hattori K (2008) The frost damage of reinforced concrete canals. J JSIDRE 76(9):819–822. https://doi.org/10.11408/jjsidre2007.76.9_819. (in Japanese) Ogata H, Hyodo M, Ishigami A, Atarashi D (2019) A study on electron probe microanalysis of concrete deterioration in aging open channels in cold regions. Concr Res Technol 30:53–63. https://doi.org/10.3151/crt.30.53. (in Japanese) Otieno M, Ikotun J, Balim Y (2019) Experimental investigations on the influence of cover depth and concrete quality on time to cover cracking due to carbonation-induced corrosion of steel in RC structures in an urban, inland environment. Constr Build Mater 198(20):172–181. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.11.215 Ruthwik C, Mourougane R (2015) Experimental study of temperature rise and early-age thermal crack control in concrete. Int J Res Eng Technol 4(7):197–202 Sato S, Kaneta T, Ishigami A, Suto M, Ogata H (2013) Points to note for frost damage diagnosis of reinforced concrete canals by visual observation. Water Land Environ Eng 81(2):117–120. https://doi.org/10.11408/jjsidre.81.2_117. (in Japanese) Schlicke D, Nguyen Viet T (2015) Minimum reinforcement for crack width control in restrained concrete members considering the deformation compatibility. Struct Concr 16(2):221–232. https://doi.org/10.1002/suco.201400058 Tabata M, Koh Y, Kamada E (1986) A study on the role of cracks in frost deterioration of concrete. J Struct Constr Eng 366:11–17. https://doi.org/10.3130/aijsx.366.0_11. (in Japanese) Wakaura M (2004) Analysis of mean and the variance of temperature processes in Japan using generalized additive models. Jpn J Appl Statist 33(2):181–200. https://doi.org/10.5023/jappstat.33.181. (in Japanese) Wang B, Tian JC, Zhou JJ (2021) Effect of different concrete properties on frost heave crack in U-shaped canal lining and joint. Phys Chem Earth 121:102983. https://doi.org/10.1016/j.pce.2021.102983